JP5232975B2 - 発光ダイオードの製造方法及び発光ダイオード、並びにランプ - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオードの製造方法及び発光ダイオード、並びにランプに関するものである。
III族窒化物半導体は、可視光から紫外光領域の範囲に相当するエネルギーの直接遷移型のバンドギャップを有し、発光効率に優れていることから、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子として製品化され、各種用途で使用されている。また、電子デバイスに用いた場合でも、III族窒化物半導体は、従来のIII−V族化合物半導体を用いた場合に比べ、優れた特性が得られるポテンシャルを有している。
一般に、III族窒化物半導体は、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムおよびアンモニアを原料として、有機金属化学気相成長(MOCVD)法によって製造されている。MOCVD法は、キャリアガスに原料の蒸気を含ませて基板表面に運搬し、加熱された基板との反応で原料を分解させることにより、結晶を成長させる方法である。
基板には、例えばサファイア等の絶縁性基板の他、炭化ケイ素、シリコン、酸化亜鉛、ガリウム砒素等の導電性基板が使用できることが知られているが、III族窒化物半導体と完全に格子整合する基板は未だ開発されておらず、現在のところ、格子定数が10%以上も異なるサファイアの上にIII族窒化物半導体層を強制的に成長させた青色LED素子が実用化されている。
従来の青色LED素子は、基本的にサファイア基板の上にIII族窒化物半導体よりなるn型半導体層と発光層とp型半導体層とが順に積層されたダブルへテロ構造を有している。前記のようにサファイアは絶縁性であり基板側から電極を取り出すことができないので、同一のIII族窒化物半導体層表面にp型電極とn型電極とが設けられた、いわゆるフェイスアップ方式や、フリップチップ方式の素子とされている。
しかしながら、サファイアを基板とする従来のフェイスアップ方式またはフリップチップ方式の素子にはいくつかの問題点がある。まず、第一に、p型電極とn型電極とが水平方向に並んでいるため電流が水平方向に流れ、その結果、電流密度が局部的に高くなりチップが発熱する。第二にサファイアという非常に硬く、劈開性のない基板を使用しているので、チップ化するのに高度な技術を必要とする。第三に、サファイアは熱伝導性が比較的低いので、III族窒化物半導体層において発生した熱を効率よく放熱できない。
上記問題を回避するため、下記特許文献1には、メッキ層上にIII族窒化物半導体層が形成された上下電極構造の発光ダイオードを製造する方法が開示されている。すなわち、特許文献1には、サファイア基板上にn型半導体層、発光層及びp型半導体層を順次積層してIII族窒化物半導体層を形成するとともに、p型半導体層の一面にp型オーミック電極を形成し、次いで、p型オーミック電極上にシード層を形成してから該シード層上にフォトレジストを格子状に形成し、次いで、シード層及びフォトレジストを覆うようにメッキ層を形成し、次いで、サファイア基板を除去してからn型半導体層にn型オーミック電極を形成し、最後に、フォトレジストを除去してからウェーハをダイシングする上下電極構造の発光ダイオードの製造方法が開示されている。しかしながら、特許文献1に記載の方法では、分割された各素子がバラバラに散らばった状態となってしまい、作業効率ひいては生産効率が低下するという問題がある。
上記特許文献1における問題を解決するため、下記特許文献2には、レーザスクライブ法を用いてウェーハのダイシングを行なうことにより、III族窒化物半導体層が形成された上下電極構造の発光ダイオードを製造する方法が提案されている。すなわち、特許文献2には、III族窒化物半導体層が形成された上下電極構造の発光ダイオードの製造工程において、サファイア基板上にIII族窒化物半導体層を形成し、次いで、半導体層上に保護層を形成してこの上にフォトレジストを格子状に形成した後、III族窒化物半導体層をエッチングによって複数に分割し、次いで、フォトレジストを除去して金属等からなる導電性基板を取り付けた後にサファイア基板を除去し、最後に金属等からなるウェーハをレーザスクライブでダイシングすることにより、複数の上下電極構造の発光ダイオードを得る方法が開示されている。
しかしながら、特許文献2に記載のダイオードの製造方法のように、レーザスクライブ法で金属等からなる導電性基板のダイシングを行う場合、レーザ照射後の導電性基板がレーザの熱によって再溶着してしまい、ブレーク(分割)するのが困難になるという問題がある。
また、導電性基板を、例えば銅等のメッキ層として構成した場合には、レーザの熱によって銅に熱膨張が発生し、ウェーハを素子(チップ)単位に分割する際のカットラインにズレが生じるため、半導体層にレーザが照射されて素子にダメージが与えられてしまうという問題がある。
またさらに、レーザの熱により、分割後の導電性基板に大きなバリが発生するため、分割後の素子特性が劣化するという問題や、ウェーハの外周部の膜厚が厚くなった場合に、レーザカットが困難になるという問題があった。
国際公開第05/029572号パンフレット 国際公開第05/094320号パンフレット
上述のようなレーザスクライブ法を用いた場合の問題点を解決するためには、レーザを用いない方法でウェーハを素子単位に分割する方法を採用することが考えられ、例えば、半導体層やメッキ層に、予め、素子分割のための分断層を埋め込んで形成し、素子化後に仮貼り付け基板を除去すること等によってチップ単位に分割する方法等が挙げられる。
このような方法により、メッキ層上にIII族窒化物半導体層を形成して上下電極構造の発光ダイオードを製造する場合には、半導体層をエッチング等の方法によって複数に分割した後、この半導体層上にメッキ層を形成する際、複数の半導体層間に形成された分断溝にメッキ材料が入り込まないようにする必要がある。しかしながら、このような方法とした場合には、以下に示すような問題点がある。
まず、複数の半導体層の間に形成された分断溝を、通常のフォトレジストで埋め込み、メッキ層の形成後に各半導体層の間のフォトレジストを除去するフォトリソプロセス法を用いた場合には、複数の半導体層におけるアライメントのため、フォトレジストが各半導体層の上縁部にも形成された状態となる。そして、フォトレジストが除去された各半導体層の上縁部は、その後のレーザリフトオフによるサファイア基板の除去や素子化プロセスを経て空隙となり、この部分を支持するものが無くなるため、半導体層にクラック等のダメージが生じやすいという問題がある。
また、上述のようなフォトリソプロセス法を用いて分断溝にフォトレジストを埋め込み、その後、フォトレジストを除去した場合に半導体層の上縁部に空隙が生じるのを防止する方法として、永久膜レジストを用いる方法や、レジストをハードベークすることにより、その後の工程において空隙が生じないようにすることが考えられる。しかしながら、これらの方法では、分断溝の底部においてレジストとサファイア基板とが強固に接着してしまい、サファイア基板を剥離するのが困難になるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、素子にダメージを与えることなく正確且つ容易に素子分割を行うことができ、生産効率を向上させることが可能な、上下電極構造の発光ダイオードの製造方法と、これによって得られる発光ダイオード、並びにこの発光ダイオードが用いられてなるランプの提供を目的とする。
本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意検討を行い、以下に示す発明を完成した。
[1] 複数の化合物半導体層の上に、該複数の化合物半導体層に備えられる基板と反対側の面の少なくとも一部を露出させながら、前記複数の化合物半導体層の各々の間の分離溝を塞ぐようにドライフィルムレジスト層を形成するレジスト形成工程と、
前記複数の化合物半導体層及び前記ドライフィルムレジスト層の上に形成され、内部に分離用レジスト層を包含するメッキ層上に仮貼付基板を貼り付ける仮貼付工程と、
前記基板を前記複数の化合物半導体層から剥離するとともに、前記ドライフィルムレジスト層の少なくとも一部を前記複数の化合物半導体層上に残しながら、前記分離溝に沿う位置の前記ドライフィルムレジスト層を除去し、さらに、前記分離用レジスト層を除去して前記メッキ層の内部に分断溝を形成する除去工程と、
前記メッキ層の、前記複数の化合物半導体層と反対側の面を研磨することにより、前記分断溝に沿って前記メッキ層を切断する分割工程と、
を具備してなることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
[2] 複数の化合物半導体層の上に、該複数の化合物半導体層に備えられる基板と反対側の面の少なくとも一部を露出させながら、前記複数の化合物半導体層の各々の間の分離溝を塞ぐようにドライフィルムレジスト層を形成するレジスト形成工程と、
前記ドライフィルムレジスト層上に分離用レジスト層を形成するとともに、該分離用レジスト層よりも低い高さ寸法の第1メッキ層を形成した後、さらに、該第1メッキ層上に、前記分離用レジスト層よりも低い高さ寸法の第2メッキ層及び第3メッキ層を形成することにより、前記分離用レジスト層によって一部が分断されてなるメッキ層を形成するメッキ工程と、
前記分離用レジスト層を除去し、前記メッキ層の内部に分断溝を形成することにより、前記メッキ層を前記複数の化合物半導体層に対応するように分断するメッキ層分断工程と、
前記メッキ層分断工程において分離された各々のメッキ層に仮貼付基板を貼り付ける仮貼付工程と、
前記基板を前記複数の化合物半導体層から剥離するとともに、前記ドライフィルムレジスト層の少なくとも一部を前記複数の化合物半導体層上に残しながら、前記分離溝に沿う位置の前記ドライフィルムレジスト層を除去する除去工程と、
を具備してなることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
[3] 前記レジスト形成工程は、さらに、前記複数の化合物半導体層及び前記ドライフィルムレジスト層の上に、オーバーコート層及びシード層をこの順で形成し、該シード層上に前記メッキ層が形成されることを特徴とする上記[1]又は[2]に記載の発光ダイオードの製造方法。
[4] 前記複数の化合物半導体層は、前記基板上に、n型半導体層、発光層、p型半導体層を順次積層した後、前記分離溝を形成し、さらに反射性p型電極層を積層する積層工程によって形成されることを特徴とする上記[1]〜[3]の何れか1項に記載の発光ダイオードの製造方法。
[5] 前記レジスト形成工程は、前記オーバーコート層を、前記複数の化合物半導体層及び前記ドライフィルムレジスト層の上に、Ni、NiCr、Ti、TiW、Cr、Ta及びWの内の少なくとも1種を積層することによって形成するとともに、前記シード層を、前記オーバーコート層の上にCuを積層することによって形成することを特徴とする上記[3]に記載の発光ダイオードの製造方法。
[6] 前記除去工程は、前記分離溝に沿う位置の前記ドライフィルムレジスト層を、アッシング処理によって除去することを特徴とする上記[1]〜[5]の何れか1項に記載の発光ダイオードの製造方法。
[7] 前記除去工程を行なった後、少なくとも前記複数の化合物半導体層の周囲面に、保護用の絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を設けることを特徴とする上記[1]〜[6]の何れか1項に記載の発光ダイオードの製造方法。
[8] 前記絶縁膜形成工程を行なった後、前記n型半導体層の光取出面を粗面化する粗面化工程を設けることを特徴とする上記[7]に記載の発光ダイオードの製造方法。
[9] 上記[1]〜[8]の何れか1項に記載の製造方法で得られる発光ダイオード。
[10] メッキ層上に、少なくとも反射性p型電極層、p型半導体層、発光層及びn型半導体層が順次積層されてなる化合物半導体層が形成されてなる発光ダイオードであって、前記メッキ層及び前記化合物半導体層の各々の側面には、該メッキ層と化合物半導体層との境界近傍において、前記各々の側面が括れるように形成された凹部が設けられ、該凹部内に設けられるドライフィルムレジスト層が、前記メッキ層及び化合物半導体層の外周において連なるように形成されなることを特徴とする発光ダイオード。
[11] 上記[9]又は[11]に記載の発光ダイオードが用いられてなるランプ。
本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、複数の化合物半導体層の上に、該複数の化合物半導体層に備えられる基板と反対側の面の少なくとも一部を露出させながら、複数の化合物半導体層の各々の間の分離溝を塞ぐようにドライフィルムレジスト層を形成するレジスト形成工程と、複数の化合物半導体層及びドライフィルムレジスト層の上に形成され、内部に分離用レジスト層を包含するメッキ層上に仮貼付基板を貼り付ける仮貼付工程と、ドライフィルムレジスト層の少なくとも一部を前記複数の化合物半導体層上に残しながら、離溝に沿う位置の前記ドライフィルムレジスト層を除去する除去工程との各工程が備えられた方法なので、素子にダメージを与えることなく正確且つ容易に素子分割を行うことができる。従って、素子特性に優れた発光ダイオードを高効率で製造することが可能となる。
また、本発明の発光ダイオードは、発光強度等の素子特性に非常に優れたものとなるので、このような発光ダイオードを用いてランプを構成することにより、発光特性に優れたランプが実現可能となる。
以下に、本発明の実施形態である発光ダイオード及びその製造方法、並びにランプについて、図面を適宜参照しながら説明する。図1は本実施形態の発光ダイオードの断面模式図であり、図2〜図16は発光ダイオードの製造方法を説明する工程図、図17は、本発明の実施形態のダイオードが用いられてなるランプの模式断面図である。尚、以下の説明において参照する図面は、発光ダイオード及びその製造方法を説明する図面であって、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の発光ダイオード等の寸法関係とは異なっている。
[発光ダイオード]
図1に示す例の発光ダイオードAは、基体となるメッキ層1と、メッキ層1上に配置されたシード層2と、シード層2の上に配置された化合物半導体層11と、化合物半導体層11上に配置されたn型電極層9と、から概略構成されている。
ここで、化合物半導体層11は、反射性p型電極層5、p型半導体層6、発光層7及びn型半導体層8が積層されて構成されている。化合物半導体層11の上面は、発光層7からの光を外部に取り出す光取出面11aとされており、この光取出面11a上にはn型電極層9が形成されている。また、光取出面11aはエッチング等の手段によって粗面化されており、これにより発光ダイオードAの光取出効率がより高められている。
さらに、化合物半導体層11の側面11bと光取り出し面11aの外周部分とには、例えばSiO等の絶縁性材料からなる保護用の絶縁膜10が形成されており、この絶縁膜10は、図示例においてはメッキ層1の側面まで延在されている。このような絶縁膜10を形成することによって、例えば化合物半導体層11の側面11bに異物が付着した場合でも、異物によるn型半導体層8とp型半導体層7との短絡が防止される。
さらに、図1に示す例の発光ダイオードAは、メッキ層1の側面1c及び化合物半導体層11の側面11bの各々に、メッキ層1と化合物半導体層11との境界近傍において、上述の側面1c(メッキ層1)及び側面11b(化合物半導体層11)が括れるように形成された凹部Cが設けられている。そして、この凹部C内には、ドライフィルムレジスト層4が、メッキ層1及び化合物半導体層11の外周において連なるように形成されている。
n型電極層9は、化合物半導体層11のn型半導体層8とオーミック接触することによって、化合物半導体層11の負極となっている。図1に示すn型電極層9は、n型半導体層8に接するCr膜9aと、Cr膜9aに積層されたTi膜9bと、Ti膜9bに積層されたAu膜9cとからなる3層構造とされている。また、n型電極層9は、このような3層構造に限らず、例えば、Ti膜、Al膜、Ti膜及びAu膜が積層されてなる4層構造でもよく、また、Ti膜、Al膜、Ni膜及びAu膜が積層されてなる4層構造でも良い。あるいは、n型電極層9を、Al膜、Ti膜及びAu膜が積層されてなる3層構造として構成しても良く、適宜採用することが可能である。
このn型電極層9は、後述するように、光取出面11aをプラズマで処理した後にCr膜9a、Ti膜9b及びAu膜9cを順次積層することによって形成され、これによりアニール処理を施すことなくn型半導体層8との間でオーミック接触が得られるようになっている。
次に、図1に示すように、化合物半導体層11の下側、つまり、反射性p型電極層5の下側及び側面側には、オーバーコート層3が配置されている。オーバーコート層3は、後述のシード層2をCuから構成した際に、Cuのオーバーコートとして機能する膜であり、本実施形態においてはNiからなる単層膜として構成されている。また、オーバーコート層3は、例えば、 Ti、Cr、Ta及びWの内の何れかからなる単層膜か、Ni膜とCr膜、或いはTi膜とW膜との積層膜から構成されていても良い。また、オーバーコート層3の膜厚としては、例えば、150〜400nmの範囲とすることが好ましい。
次に、図1に示すように、上述したオーバーコート層3の下側にはシード層2が配置されている。シード層2は、メッキ層1をメッキ法によって形成する際の下地になる層であり、本実施形態ではCuからなる単層膜として構成されている。シード層2全体の厚さは、例えば200〜500nm程度とすることが好ましい。
本実施形態におけるシード層2の材質は、後述のメッキ層1の材質をCuとした場合には、同じCuを用いることが、密着性が良好となる点から好ましい。
次に、メッキ層1は、シード層2を下地として例えば電気メッキ法により形成される金属層である。メッキ層1の材質は、Cuが好ましい。Cuは、常温でメッキすることが可能であり、成膜時に熱膨張の影響を受け難く、また、電気抵抗が低く熱伝導性が高い点においても上下電極構造の発光ダイオードAの基体の材質として好ましい。メッキ層1の厚みは、例えば150μm程度がよい。メッキ層1を備えることによって、発光ダイオードAの放熱効率が高められる。
次に、上述したように、図1に示す発光ダイオードAは、メッキ層1と化合物半導体層11との境界近傍において、メッキ層1の側面1c及び化合物半導体層11の側面11bの各々が括れるように形成されてなる凹部Cが設けられている。そして、この凹部C内に、ドライフィルムレジスト層4が、メッキ層1及び化合物半導体層11の外周において連なるように形成されている。本例のドライフィルムレジスト層4は、ドライフィルムからなる永久ハードレジスト層であり、後述の製造方法において、複数の化合物半導体層11間の分離溝12(図5等を参照)を塞ぐように形成された後、分離溝12に沿った位置が除去されることにより、発光ダイオードAに残留するように形成される層である。このようなドライフィルムレジスト層4を成すドライフィルム永久レジスト材料としては、一般的なドライフィルム永久レジスト(例:XP SU8 3000Film;化薬マイクロケム社製)を用いることができる。
また、このようなドライフィルムレジスト層4の膜厚は、特に限定されないが、例えば、発光ダイオードAの横幅方向(図1における横幅方向)で、15μm程度とすることが好ましい。
発光ダイオードAは、外周部のドライフィルムレジスト層4が永久膜として設けられることで、詳細を後述する製造方法の各工程において、この部分が空隙となることが無く、素子にクラック等のダメージが生じるのを防止できるという効果が得られる。また、製造方法の各工程において、分離溝12を中空状態として各プロセスを行なうことができ、基板21の剥離が容易になるという効果が得られるものである。
また、発光ダイオードAにおいては、ドライフィルムレジスト層4が、マイグレーションし易い反射膜材料(Ag合金)からなる、後述の反射性p型電極層5の保護膜として作用する。
次に、化合物半導体層11は、反射性p型電極層5とp型半導体層6と発光層7とn型半導体層8とから概略構成されている。
反射性p型電極層5は、シード層2を介してメッキ層1と電気的に接続されており、これによりメッキ層1が反射性p型電極層5の取出電極となっている。また、反射性p型電極層5及びメッキ層1と、n型電極層9とは、化合物半導体層11の厚み方向において反対側に配置された関係になっている。これにより本実施形態の発光ダイオードAは、所謂上下電極構造の発光ダイオードとなっている。
反射性p型電極層5は、p型半導体層6とオーミック接触することによって、化合物半導体層11の正極となっている。
また、反射性p型電極層5は、図1に示すように、化合物半導体層11に接するオーミックコンタクト層5cと、オーミックコンタクト層5cに接する反射層5bと、反射層5bに接する相互拡散防止層5aとから構成されている。反射層5bを備えることによって反射性p型電極層5は、発光層7から発した光を光取出面11a側に反射させる反射層となっている。
この反射性p型電極層5は、後述するように、オーミックコンタクト層5cを、RFスパッタリング法を用いて積層し、反射層5b及び相互拡散防止層5aは例えばDCスパッタリング法を用いて積層することによって形成され、これによりアニール処理を施すことなくp型半導体層6との間でオーミック接触が得られるようになっている。
オーミックコンタクト層5cに要求される性能としては、p型半導体層6との接触抵抗が小さいことが必須である。オーミックコンタクト層5cの材料はp型半導体層6との接触抵抗の観点から、Pt、Ru、Os、Rh、Ir、Pd等の白金族またはAgが好ましく、Pt,Ir,RhまたはRuがより好ましく、Ptが特に好ましい。Agを用いることは良好な反射を得るためには好ましいが、接触抵抗はPtよりも高い。したがって、それほど低い接触抵抗が要求されない用途にはAgを用いることも可能である。オーミックコンタクト層5cの厚さは、低接触抵抗を安定して得るために0.1nm以上とすることが好ましい。さらに好ましくは1nm以上であり、均一な接触抵抗が得られる。
オーミックコンタクト層5cには、Ag合金、Al合金などの反射層5bが積層されている。Pt,Ir,Rh、Ru、OS,PdなどはAg合金と比較すると可視光から紫外領域の反射率が低い。したがって、発光層7からの光が十分に反射せずに出力の高い素子を得ることが難しい。この場合、オーミックコンタクト層5cを光が十分に透過するほどに薄く形成し、Ag合金などの反射層5bを形成して反射光を得る方が、良好なオーミック接触が得られ、かつ出力の高い素子を作成することができる。この場合、オーミックコンタクト層5cの膜厚は30nm以下とすることが好ましい。さらに好ましくは10nm以下である。反射層5bの膜厚は良好な反射率を得るために0.1nm以上とすることが好ましい。さらに好ましくは1nm以上であり、均一な密着性が得られる。Ag合金はマイグレーションを起こしやすいので薄い方が好ましい。したがって、膜厚は200nm以下にすることが好ましい。
相互拡散防止層5aは、反射層5bの構成元素とシード層2の構成元素との相互拡散を防止するために形成される。相互拡散防止層5aとしては、例えば、Pt等を用いることが好ましい。
p型半導体層6、発光層7及びn型半導体層8を構成する材料としては、GaN系単結晶、GaP系単結晶、GaAs系単結晶、ZnO系単結晶など周知の半導体発光材料を用いることができるが、後述するサファイア単結晶またはSiC単結晶からなる基板に対してエピタキシャル成長可能な点において、GaN系単結晶またはZnO系単結晶がより好ましく、GaN系単結晶が更に好ましい。
GaN系単結晶からなる半導体層としては、例えば一般式AlGaIn1−A(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1で且つ、X+Y+Z=1。記号Mは窒素(N)とは別の第V族元素を表し、0≦A<1である。)で表わされるGaN系半導体が多数知られており、本発明においても、それら周知のGaN系半導体を含めて一般式AlGaIn1−A(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1で且つ、X+Y+Z=1。記号Mは窒素(N)とは別の第V族元素を表し、0≦A<1である。)で表わされるGaN系半導体を何ら制限なく用いることができる。
n型半導体層8は、下地層と、nコンタクト層と、発光層7に接するnクラッド層とが積層されて構成される。nコンタクト層は下地層および/またはnクラッド層を兼ねることができる。
下地層はAlGa1―XN層(0≦x≦1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましい。その膜厚は0.1μm以上、好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上である。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なAlGa1―XN層が得られやすい。
下地層にはn型不純物を1×1017〜1×1019/cmの範囲内であればドープしても良いが、アンドープ(<1×1017/cm)の方が良好な結晶性の維持という点で好ましい。n型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Si、GeおよびSn等が挙げられ、好ましくはSiおよびGeであり、より好ましくはSiである。
nコンタクト層としては、下地層と同様にAlGa1―XN層(0≦x≦1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましい。また、nコンタクト層にはn型不純物がドープされていることが好ましく、n型不純物を1×1017〜1×1019/cm、好ましくは1×1018〜1×1019/cmの濃度で含有すると、n型電極層9との良好なオーミック接触の維持、クラック発生の抑制、良好な結晶性の維持の点で好ましい。n型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Si、GeおよびSn等が挙げられ、好ましくはSiおよびGeであり、より好ましくはSiである。
nコンタクト層を構成するGaN系半導体は、下地層と同一組成であることが好ましく、nコンタクト層と下地層との合計の膜厚を1〜20μm、好ましくは2〜15μm、さらに好ましくは3〜12μmの範囲に設定することが好ましい。nコンタクト層と下地層との合計の膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。
nコンタクト層と発光層7との間には、nクラッド層を設けることが好ましい。nコンタクト層の表面に生じた平坦性の悪化を埋めることできるからである。nクラッド層はAlGaN、GaN、GaInNなどで形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。nクラッド層をGaInNで形成する場合には、発光層7のGaInNのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
nクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは0.005〜0.5μmであり、より好ましくは0.005〜0.1μmである。nクラッド層のn型ドーパント濃度は1×1017〜1×1020/cmが好ましく、より好ましくは1×1018〜1×1019/cm3である。ドーパント濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。
次に、n型半導体層8の下側に積層される発光層7としては、GaN系半導体、好ましくはGa1−sInN(0<s<0.4)のGaN系半導体からなる発光層が本発明では通常用いられる。発光層7の膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚が挙げられ、例えば好ましくは1〜10nmであり、より好ましくは2〜6nmである。発光層7の膜厚が上記範囲であると発光出力の点で好ましい。
また、発光層7は、上記のような単一量子井戸(SQW)構造の他に、上記Ga1−sInNを井戸層として、この井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいAlGa1−cN(0≦c<0.3)障壁層とからなる多重量子井戸(MQW)構造としてもよい。また、井戸層および障壁層には、不純物をドープしてもよい。
次に、p型半導体層6は、発光層7に接するpクラッド層と、pコンタクト層とが積層されて構成される。しかし、pコンタクト層がpクラッド層を兼ねてもよい。
pクラッド層としては、発光層7のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層7へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、AlGa1−dN(0<d≦0.4、好ましくは0.1≦d≦0.3)のものが挙げられる。pクラッド層が、このようなAlGaNからなると、発光層7へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。pクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは1〜400nmであり、より好ましくは5〜100nmである。pクラッド層のp型ドーパント濃度は、1×1018〜1×1021/cmが好ましく、より好ましくは1×1019〜1×1020/cmである。p型ドーパント濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なp型結晶が得られる。
pコンタクト層は、少なくともAlGa1−eN(0≦e<0.5、好ましくは0≦e≦0.2、より好ましくは0≦e≦0.1)を含んでなるGaN系半導体層である。Al組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および反射性p型電極層5との良好なオーミック接触の点で好ましい。p型不純物(ドーパント)を1×1018〜1×1021/cmの濃度で、好ましくは5×1019〜5×1020/cmの濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。p型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはMgが挙げられる。膜厚は、特に限定されないが、0.01〜0.5μmが好ましく、より好ましくは0.05〜0.2μmである。膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
なお、本発明の発光ダイオードAは、必ずしも上記構成のみに限定されるものでは無い。例えば、図16に示す例の発光ダイオードBのように、メッキ層15の、複数の化合物半導体層11と反対側の面15a側が、Au層及びNi層からなる第2メッキ層16とされた構成としても良く、適宜採用することが可能である。
[発光ダイオードの製造方法]
次に、図2〜図16を参照して、本発明に係る発光ダイオードの製造方法について説明する。
『製造方法の一例』
以下、本実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例について、各工程を詳細に説明する。
本実施形態の発光ダイオードAの製造方法は、複数の化合物半導体層11の上に、該複数の化合物半導体層11に備えられる基板21と反対側の面11cの少なくとも一部を露出させながら、複数の化合物半導体層11の各々の間の分離溝12を塞ぐようにドライフィルムレジスト層4を形成するレジスト形成工程と、複数の化合物半導体層11及びドライフィルムレジスト層4の上に形成され、内部に分離用レジスト層22を包含するメッキ層1上に仮貼付基板24を貼り付ける仮貼付工程と、基板21を複数の化合物半導体層11から剥離するとともに、ドライフィルムレジスト層4の少なくとも一部を複数の化合物半導体層11上に残しながら、分離溝12に沿う位置のドライフィルムレジスト層4を除去し、さらに、分離用レジスト層22を除去してメッキ層1の内部に分断溝1bを形成することにより、メッキ層1を複数の化合物半導体層11に対応するように分断する除去工程と、メッキ層1の、複数の化合物半導体層11と反対側の面1a(図1を参照)を研磨することにより、前記分断溝に沿って前記メッキ層を切断する分割工程と、を具備してなる方法である。
また、本実施形態で説明する例では、上記各工程に加え、さらに、基板21上に複数の化合物半導体層11を形成する積層工程が設けられ、また、上記レジスト形成工程は、さらに、複数の化合物半導体層11及びドライフィルムレジスト層4の上に、オーバーコート層3及びシード層2をこの順で形成し、その後のメッキ工程において、シード層2上にメッキ層1を形成する方法としている。また、本例では、上記除去工程を行った後、複数の化合物半導体層11の各側面(周囲面)11bに、保護用の絶縁膜10を形成する絶縁膜形成工程が設けられており、さらに、絶縁膜形成工程を行なった後、と前記電極形成工程との間において、n型半導体層8の光取出面11aを粗面化する粗面化工程が設けられている。またさらに、本例では、複数の化合物半導体層11に備えられるn型半導体層8上にn型電極層9を各々形成する電極形成工程と、仮貼付基板24をメッキ層1から剥離して該メッキ層1の複数の化合物半導体層11と反対側の面1aを露出させるとともに、仮貼付基板24をn型半導体層8上に形成されたn型電極層9に貼り付ける貼り替え工程と、該分割工程において切断されたメッキ層1の各々にテープ26を貼り付けるとともに、n型電極層9に貼り付けられた仮貼付基板24を除去するテープ貼付工程とが備えられた方法を例示して説明する。
「積層工程」
積層工程では、図2(a)〜図2(c)に示すように、基板21上に、n型半導体層8、発光層7、p型半導体層6及び反射性p型電極層5を順次積層して複数の化合物半導体層11を形成する。
具体的には、まず、図2(a)に示すように、基板21上に、n型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6を順次積層する。
n型半導体層8にはn型ドーパントとしてSi等をドープさせることが望ましく、p型半導体層6にはp型ドーパントとしてMg等をドープさせることが望ましい。
また、基板21上に化合物半導体層11を構成するn型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6の各々を形成する際には、あらかじめ基板21上にバッファ層を形成することが望ましい。すなわち、基板21としてサファイア基板を用い、n型半導体層8としてGaNを形成する場合には、基板21とn型半導体層8との格子定数が10%以上も異なる。この場合に、バッファ層として、基板21とn型半導体層8との中間の格子定数を有するAlNやAlGaNなどを用いることで、n型半導体層8を構成するGaNの結晶性を向上させることができる。
この際、化合物半導体層11を構成するn型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6の成長方法は特に限定されず、スパッタリング法、MOCVD(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハイドライド気相成長法)、MBE(分子線エピタキシー法)、などGaN系半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からスパッタリング法またはMOCVD法である。
スパッタリング法では、Gaを含むターゲットを用いるとともに、プラズマガスとしてアルゴンと窒素の混合ガスを用いて、所謂リアクティブスパッタリング法によってGaN系半導体を形成することが好ましい。
また、MOCVD法では、キャリアガスとして水素(H)または窒素(N)、III族原料であるGa源としてトリメチルガリウム(TMG)またはトリエチルガリウム(TEG)、Al源としてトリメチルアルミニウム(TMA)またはトリエチルアルミニウム(TEA)、In源としてトリメチルインジウム(TMI)またはトリエチルインジウム(TEI)、V族原料であるN源としてアンモニア(NH3)、ヒドラジン(N)などが用いられる。また、ドーパントとしては、n型にはSi原料としてモノシラン(SiH)またはジシラン(Si)を、Ge原料としてゲルマンガス(GeH)や、テトラメチルゲルマニウム((CHGe)やテトラエチルゲルマニウム((CGe)等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。
MBE法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。p型にはMg原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム(EtCpMg)を用いればよい。
次に、図2(b)に示すように、上記手順にて基板21上に順次積層されたn型半導体層8、発光層7及びp型半導体層6を、複数の積層体として分割し、分離溝12を形成する。
具体的には、図2(b)に示すように、化合物半導体層11を構成するp型半導体層6上にマスクを形成し、ドライエッチング等の手段によってp型半導体層6、発光層7及びn型半導体層8からなる積層体を格子状にエッチングして分割する。エッチングによる処理は、基板21が露出した時点で終了する。これにより、p型半導体層6、発光層7及びn型半導体層8からなる積層体を、分離溝12に沿って複数に分割された積層体とする。
次に、図2(c)に示すように、p型半導体層6上に、フォトリソグラフィ技術によって、オーミックコンタクト層、反射層及び相互拡散防止層を順次積層し、パターニングすることにより、反射性p型電極層5を形成する。また、図示例の反射性p型電極層5は、p型半導体層6上において、平面視でp型半導体層6よりも小さく、縁部61を除いた略中央付近に形成されている。
オーミックコンタクト層をp型半導体層6上に形成するにあたり、RF放電によるスパッタリング成膜法で形成することが好ましい。RF放電によるスパッタリング成膜法を用いることで、蒸着法やDC放電のスパッタリング成膜法を用いるより接触抵抗の低い電極を形成できる。即ち、RF放電によるスパッタリング成膜法でオーミックコンタクト層を形成することによって、オーミックコンタクト層にp型半導体層6の構成元素が混在し、p型半導体層6にはオーミックコンタクト層の構成元素が混在することになり、これによりオーミックコンタクト層とp型半導体層6とがオーミック接合される。
RF放電によるスパッタリング成膜では、イオンアシスト効果により、p型半導体層6に付着したスパッタ原子にエネルギーを与え、p型半導体、例えばMgドープのp−GaNとの間で表面拡散を促す作用があると考えられる。さらに、上記成膜においては、p型半導体層6の最表面原子にもエネルギーを与え、半導体材料、例えばGaがオーミックコンタクト層に拡散することを促す作用もあると考えられる。
RF放電による成膜では、初期において、接触抵抗を下げる効果を持つが、膜厚を大きくすると、その膜が疎であるために反射率の点ではDC放電による成膜に比べて劣る。そこで、接触抵抗を低く保った範囲で薄膜化して光透過率を上げたオーミックコンタクト層をRF放電により形成し、その上に反射層及び相互拡散防止層をDC放電により形成することが好ましい。
上記の如く、オーミックコンタクト層をRFスパッタリング法により形成することによって、オーミックコンタクト層とp型半導体層6とをオーミック接触させることができる。この場合、オーミックコンタクト層形成後のアニールを必要としない。むしろ、アニールすることにより、Pt、Gaそれぞれの拡散を促進し、半導体の結晶性を下げてしまうため、電気特性を悪化させてしまうことがあり、また、反射膜のAg合金がマイグレーションを起こし、反射率が低下するので好ましくない。従ってオーミックコンタクト層形成後、350℃よりも高い温度で熱処理されていないことが好ましい。
スパッタリングは、従来公知のスパッタリング装置を用いて従来公知の条件を適宜選択して実施することができる。化合物半導体層11を積層した基板21をチャンバ内に収容し、基板温度を室温から500℃の範囲に設定する。基板加熱は特に必要としないが、オーミックコンタクト層の構成元素およびp型半導体層6の構成元素の拡散を促進するために適度に加熱しても良い。チャンバ内は真空度が10−4〜10−7Paとなるまで排気する。スパッタリング用ガスとしては、He、Ne、Ar、Kr、Xe等が使用できる。入手の容易さからArとするのが望ましい。これらの内の一つのガスをチャンバ内に導入し、0.1〜10Paにしたのち放電を行う。好ましくは0.2〜5Paの範囲に設定する。供給する電力は0.2〜2.0kWの範囲が好ましい。この際、放電時間と供給電力を調節することによって、形成する層の厚さを調節することができる。
「レジスト形成工程」
次に、レジスト形成工程では、図3に示すように、複数の化合物半導体層11の上に、化合物半導体層11の基板21と反対側の面11cの少なくとも一部を露出させながら、分離溝12を塞ぐようにドライフィルムレジスト層4を形成する。また、本例のレジスト形成工程は、さらに、複数の化合物半導体層11及びドライフィルムレジスト層4の上に、オーバーコート層3及びシード層2をこの順で形成する。
具体的には、図3に示すように、まず、複数の化合物半導体層11の基板21と反対側の面11c側において、ドライフィルムレジスト層4を、p型半導体層6上の縁部61を支持部として、複数の化合物半導体層11の各々の間に形成された分離溝12を覆うようにして塞ぎ、平面視で略格子状に形成する。ドライフィルムレジスト層4としては、上述したように、一般的なドライフィルム永久レジスト(例:XP SU8 3000Film;化薬マイクロケム社製)を用いることができる。
また、ドライフィルムレジスト層4の膜厚としては、例えば、発光ダイオードAの横幅方向(図1における横幅方向)で、15μm程度として形成することができる。
次に、本例のレジスト形成工程では、さらに、図4に示すように、複数の化合物半導体層11及びドライフィルムレジスト層4の上に、オーバーコート層3及びシード層2をこの順で形成する。
具体的には、図4に示すように、まず、複数の化合物半導体層11に備えられる反射性p型電極層5の上側及び側面側、並びにドライフィルムレジスト層4を覆うようにNi膜を積層することにより、オーバーコート層3を形成する。なお、オーバーコート層3は、例えば、 Ti、Cr、Ta及びWの内の何れかからなる単層膜を積層するか、Ni膜とCr膜、或いはTi膜とW膜とを順次積層することによって形成しても良い。
そして、図4に示すように、オーバーコート層3を覆うように、Cuからなる単層膜を積層することにより、シード層2を形成する。
「メッキ工程」
次に、メッキ工程では、図5(a)、(b)に示すように、シード層2上に、分離溝12に沿う分離用レジスト層22を形成するとともに、該分離用レジスト層22よりも厚く構成され、且つ、分離用レジスト層22によって少なくとも一部が分断されてなるメッキ層1を形成する。
具体的には、まず、図5(a)に示すように、シード層2上において、分離溝12に沿うようにして、分離用レジスト層22を平面視略格子状に形成する。このような分離用レジスト層22としては、従来公知のレジスト材料を用い、例えば、高さ寸法が100〜250μm程度、幅が数十μm程度になるように形成すればよい。
次に、図5(b)に示すように、シード層2及び分離用レジスト層22を覆うようにメッキ層1を形成する。メッキ層1の形成は、シード層2に電流を印加しつつ電気メッキ法で行うとよい。この際、メッキ層1の厚みを、例えば、150〜300μm程度として分離用レジスト層22の高さよりも厚く形成することにより、図示するような、分離用レジスト層22によって一部が分断されてなるメッキ層1を形成することができる。
「仮貼付工程」
次に、仮貼付工程では、図6に示すように、メッキ層1に仮貼付基板24を貼り付ける。仮貼付基板24は、例えば、ガラス(石英)基板からなり、UVを透過する特性を有する。
具体的には、図6に示すように、メッキ層1に、仮貼付基板24を、UV硬化レーザ剥離接着剤25を用いて貼り付ける。
「除去工程」
次に、除去工程では、図7(a)〜図7(d)に示すように、基板21及び図示略のバッファ層を、複数の化合物半導体層11から剥離して、複数の化合物半導体層11に備えられるn型半導体層8の光取出面11aを露出させるとともに、ドライフィルムレジスト層4の少なくとも一部を複数の化合物半導体層11の上に残しながら、分離溝12に沿う位置のドライフィルムレジスト層4と、オーバーコート層3、シード層2の各々を除去し、さらに、分離用レジスト層22を除去して、メッキ層1の分離用レジスト層22で分断された部分に分断溝1bを形成する。
図示略のバッファ層及び基板21を取り除く方法としては、研磨法、エッチング法、レーザリフトオフ法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来るが、本例では生産性の観点からレーザリフトオフ法を用いることが好ましい。
また、ドライフィルムレジスト層4の除去には、O(酸素)アッシング処理による方法を用いることが好ましい。
また、オーバーコート層3及びシード層2、並びに分離用レジスト層22の除去には、溶剤(NMP等)のジェット噴霧による方法を用いることが好ましい。
具体的には、まず、図7(a)に示すように、バッファ層と基板21との界面近傍にレーザ光Lを照射し、主にバッファ層を熱分解させることによって、図7(b)に示すようにn型半導体層8から基板21を剥離させる。n型半導体層8から基板21及びバッファ層を取り除くことによって、n型半導体層8のバッファ層との接合面が露出される。
次に、図7(c)に示すように、複数の化合物半導体層11の各々の間の分離溝を塞ぐように形成されたドライフィルムレジスト層4の内、分離溝12に沿った位置のみを、Oアッシング処理によって除去する。
本発明の製造方法に備えられる除去工程では、上述のように、分離溝12に沿った位置のドライフィルムレジスト層4を除去する際、化合物半導体層11がマスクとして機能することにより、ドライフィルムレジスト層4の少なくとも一部を複数の化合物半導体層11上に残しながら、分離溝12に沿う位置のドライフィルムレジスト層4を除去する方法としている。そして、上記方法とすることにより、図1に示す例の発光ダイオードAのように、メッキ層1と化合物半導体層11との境界近傍において、メッキ層1の側面1c及び化合物半導体層11の側面11bの各々が括れるように形成された凹部Cの内部に、メッキ層1及び化合物半導体層11の外周で連なるようにドライフィルムレジスト層4を残留させる。この部分は、その後の工程において空隙とならず、また、永久膜ハードレジストとしてドライフィルムレジスト層4を残すことで、このドライフィルムレジスト層4によって素子外周部(発光ダイオードAの側面11b)が強固に支持されるので、素子(化合物半導体層11)にクラック等のダメージが発生するのを防止できる。
そして、図7(d)に示すように、分離用レジスト層22の上のオーバーコート層3及びシード層2と、分離用レジスト層22を、溶剤(NMP等)のジェット噴霧によって一度に除去する。また、メッキ層1において分離用レジスト層22によって分断された部分には、分断溝1bが形成される。この際、メッキ層1の厚さ及び分離用レジスト層22の高さを上記範囲とし、メッキ層1における分断溝1bの底部で残存した部分を、例えば、50〜60μm程度とすることにより、後述の研磨工程におけるメッキ層1の切断が容易になる。
「絶縁膜形成工程」
次に、絶縁膜形成工程では、図8に示すように、複数に分割された化合物半導体層11の各側面(周囲面)11bに、保護用の絶縁膜10を形成する。
具体的には、図8に示すように、CVD法やスパッタ法等の手段によって、SiOからなる絶縁膜10を、各化合物半導体層11の側面11bと、各化合物半導体層11の光取り出し面11aの外周部分を覆うように形成する。化合物半導体層11の全体に絶縁膜10を形成し、光取出面11aの中央部以外の部分にレジストを形成し、ドライエッチングすることで、目的の絶縁膜10を形成できる。
なお、図8に示す例では、絶縁膜10を、メッキ層1の各側面1cや、ドライフィルムレジスト層4、オーバーコート層3及びシード層2にも形成しているが、絶縁膜10は、少なくとも、化合物半導体層11の側面11bと光取り出し面11aの外周部分に形成されていれば良い。なお、本発明で参照する各図面(図8〜12、図16)においては、符号を明示するために、図中の化合物半導体層やメッキ層等の側面における絶縁膜を意図的に削除して表しているが、本発明に係る発光ダイオードは、各側面において絶縁膜が連続的に存在するものである。
「粗面化工程」
次に、粗面化工程では、n型半導体層8の光取出面11aを粗面化する。
具体的には、詳細な図示を省略するが、加熱したKOH溶液またはTMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide)溶液に浸漬して、光取出面11aの中央の絶縁膜10に被覆されずに露出している部分の、n型半導体層8を構成する図示略の下地層を除去するとともに、n型半導体層8の光取出面11aを粗面化する。
なお、光取出面11aにおける下地層の除去及び粗面化には、PEC(photo electrochemical etch)を使用することもでき、また、ドライエッチングを適用することもできる。
また、上記の下地層の除去操作は、下地層がアンドープ層である場合に必要な操作であって、下地層にSi等がドープされている場合には下地層の除去操作は不要である。
「電極形成工程」
電極形成工程では、図9に示すように、n型半導体層8の光取出面11aを、n型半導体層8中のドーパント元素と同一の元素を含有するエッチングガスによりドライエッチングしてから、光取出面11aにn型電極層9を形成する。
具体的には、メッキ層1及び化合物半導体層11等を含むメッキ基板をプラズマドライエッチング装置のチャンバに収納し、n型半導体層8中のドーパント元素と同一の元素を含有するエッチングガスからなる反応ガスをチャンバ内に供給し、化合物半導体層11の上方においてプラズマを発生させ、エッチングガスを含むプラズマを光取出面11aに暴露させる。
エッチングガスとしては、n型半導体層8中のドーパント元素がケイ素(Si)の場合は、エッチングガスとしてハロゲン化ケイ素を用いることが好ましく、具体的にはSiClまたはSiFが好ましい。
また、反応ガスを導入した際のチャンバ内の圧力は、例えば0.2〜2Paの範囲にすることが好ましく、エッチングガスの流量は15sccm〜50sccmの範囲が好ましく、プラズマのパワーは120W程度が好ましく、バイアスは50W程度が好ましく、処理時間は150秒程度がよい。
このようなエッチング処理を行うことによって、n型半導体層8の表面近傍にエッチングガスに含まれるSiが打ち込まれて、表面近傍のSi濃度が高められると考えられる。
次に、図9に示すように、プラズマ処理後のn型半導体層8の上に、Cr膜、Ti膜及びAu膜を順次積層してn型電極層9を形成する。また、n型電極層9は、このような3層構造に限らず、例えば、Ti膜、Al膜、Ti膜及びAu膜、あるいはTi膜、Al膜、Ni膜及びAu膜が積層されてなる4層構造でも良いし、また、Al膜、Ti膜及びAu膜が積層されてなる3層構造でも良い。このようなn型電極層9の形成処理は、例えば、スパッタリング法や蒸着法を用いればよい。
上記の如く、n型半導体層8の表面をプラズマで処理してから、Cr膜またはTi膜等を積層することによって、n型電極層9を構成するCr膜またはTi膜とn型半導体層8とをオーミック接触させることができる。この場合、n型電極層9の形成後のアニールを必要としない。むしろ、アニールすることによって電気特性を悪化させてしまうことがあり、また、反射膜のAg合金がマイグレーションを起こし、反射率が低下するので好ましくない。
「貼り替え工程」
次に、貼り替え工程では、図10(a)、(b)に示すように、ガラス(石英)基板からなる仮貼付基板24をメッキ層1から剥離して、該メッキ層1の、複数の化合物半導体層11と反対側の面1aを露出させるとともに、メッキ層1から剥離した仮貼付基板24をn型半導体層8上に形成されたn型電極層9に貼り付ける。
具体的には、まず、図10(a)に示すように、メッキ層1に仮貼付基板24を貼着しているUV硬化レーザ剥離接着剤25に対し、仮貼付基板24側からレーザを照射することにより、透過したレーザ(UV)がUV硬化レーザ剥離接着剤25で吸収されることで、仮貼付基板24をメッキ層1から引き剥がす。
そして、図10(b)に示すように、上記方法でメッキ層1から引き剥がした仮貼付基板24を、上記仮貼付工程と同様、UV硬化レーザ剥離接着剤25を用いてn型電極層9上に貼り付ける。この際、貼り付けに用いるUV硬化レーザ剥離接着剤25は柔軟性を有しているため、図示例のように、n型電極層9がUV硬化レーザ剥離接着剤25にめり込むようにして貼り付けられるので、このような場合には、UV硬化レーザ剥離接着剤25がn型半導体層8上の一部に貼り付けられていても構わない。本実施形態で用いるUV硬化レーザ剥離接着剤25としては、従来公知の材料を用いれば良く、例えば、3Mウエーハサポートシステム(登録商標)で使用されるUV硬化レーザ剥離接着剤等が使用できる。
「分割工程」
次に、分割工程では、図11に示すように、メッキ層1の、複数の化合物半導体層11と反対側の面1a(図10等参照)を研磨することにより、分断溝1b(図10等参照)に沿ってメッキ層1を切断する。
具体的には、図11に示すように、メッキ層1の、複数の化合物半導体層11と反対側の面1a(図10等参照)を、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等の方法で研磨することにより、分断溝1bの底部で残存した部分を除去する。
このような分割工程を行なうことにより、図11に示すように、仮貼付基板24上に貼り付けられた状態の、複数の発光ダイオードAが得られる(発光ダイオードAについては図1も参照)。
「テープ貼付工程」
次に、テープ貼付工程では、図11に示す分割工程に引き続き、該分割工程において切断されたメッキ層1の各々にテープ26を貼り付けるとともに、n型電極層9に貼り付けられた仮貼付基板24を、図12に示すように、レーザ照射によって除去する。
具体的には、まず、図12に示すように、片面側が貼着面とされた粘着性を有するテープ26に、複数の発光ダイオードAのメッキ層1側を貼り付ける。
そして、n型電極層9に仮貼付基板24を貼着しているUV硬化レーザ剥離接着剤25に対し、仮貼付基板24側からレーザを照射することにより、透過したレーザ(UV)がUV硬化レーザ剥離接着剤25で吸収されることで、仮貼付基板24をn型電極層9から剥離する。そして、図12に示すように、テープ26上に貼り付けられた状態の、複数の発光ダイオードAが得られる(発光ダイオードAについては図1も参照)。
テープ貼付工程において、複数の発光ダイオードAをテープ26上に貼り付けることにより、複数の発光ダイオードAが飛び散ること無く容易に管理することができ、工場出荷、あるいは発光ダイオードAを用いる次工程への搬送が容易になる。
なお、図12における、テープ26上に貼り付けられた発光ダイオードAは、上述したように、絶縁膜10が、化合物半導体層11の側面11bと光取り出し面11aの外周部分のみに形成された例を示している。
上述のような本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、ドライフィルムレジスト層4を形成するレジスト形成工程が備えられているので、その後のシード層形成工程においてオーバーコート層3を形成する際、ドライフィルムレジスト層4によって、オーバーコート層3をなすCuが分離溝12内部に浸入するのを防止できる。また、この際、ドライフィルムからなるドライフィルムレジスト層4を用いる方法であるため、分離溝12の内部を確実に塞いで中空構造とすることができる。
また、本発明の製造方法では、上記除去工程において、分離溝12に沿った位置のドライフィルムレジスト層4を除去する際、化合物半導体層11がマスクとして機能することにより、発光ダイオードAの外周において、ドライフィルムレジスト層4の少なくとも一部が永久膜ハードレジストとして残留する。この部分は、その後の工程においても空隙とはならないため、化合物半導体層11にクラック等のダメージが発生するのを防止することができる。また、本発明の製造方法では、永久膜ハードレジストとしてドライフィルムレジスト層4を残す工程で構成することにより、このドライフィルムレジスト層4によって素子外周部を強固に支持することが可能となる。
また、分離溝12の内部を中空状態として各プロセスを構成することにより、上記各工程において、永久膜ハードレジストであるドライフィルムレジスト層4を用いた場合でも、サファイアからなる基板21とドライフィルムレジスト層4との間は接していない状態となるので、上記除去工程において基板21を剥離するのが容易になる。
また、本発明の製造方法によって製造される発光ダイオードAにおいては、上記構成のドライフィルムレジスト層4を残して設けることにより、このドライフィルムレジスト層4が反射性p型電極層5の絶縁膜として作用する。これにより、反射膜材料(Ag合金)からなる反射性p型電極層5にマイグレーションが生じるのを抑制することが可能になるという効果が得られる。
本発明の製造方法によれば、ウェーハを分割して素子単位の発光ダイオードAとする際、レーザによる素子分割を行なうこと無く、正確且つ容易に分割することが可能となる。
レーザを用いずに素子分割を行なう上記方法とすることにより、レーザ熱による導電性基板の再溶着が生じることが無く、分割処理が容易になり、また、レーザによって化合物半導体層にダメージを与えることが無い。また、メッキ層の熱膨張によるカットラインのズレ等の問題が生じないため、正確に分割することが可能となる。またさらに、レーザ熱によるメッキ層のバリ等が発生することが無く、分割後の素子特性に優れた発光ダイオードAを製造することが可能となる。
『製造方法の他の例』
以下、本発明の発光ダイオードの製造方法の他の例について、各工程を詳細に説明する。なお、本例においては、上述したような本実施形態の製造方法の一例と共通する構成については共通の符号を付与するとともに共通の図面を用いて説明し、また、各例において共通する工程については、図面やその詳しい説明を省略する。
本例の発光ダイオードの製造方法では、主として、メッキ工程において、ドライフィルムレジスト層4上のシード層2上に分離用レジスト層22を形成するとともに、分離用レジスト層22よりも低い高さ寸法の第1メッキ層16を形成した後、さらに、該第1メッキ層16上に、分離用レジスト層22よりも低い高さ寸法の第2メッキ層17及び第3メッキ層18を形成することにより、分離用レジスト層22によって一部が分断されてなるメッキ層15を形成する方法とした点、及び、分離用レジスト層22を除去し、メッキ層15内部の分離用レジスト層22によって分断された部分に分断溝15bを形成することにより、メッキ層15を複数の化合物半導体層11に対応するように分断するメッキ層分断工程を設けた点、並びに、メッキ層を研磨する方法による分割工程が備えられていない点において、上述した本実施形態の製造方法の一例とは異なる。
また、本例では、積層工程及びレジスト形成工程の各工程については、上記製造方法の一例と共通であるので、上記したメッキ工程以降の工程を中心に説明する。
また、本例の方法によって製造される発光ダイオードは、図16に示す発光ダイオードBのように、メッキ層15の、複数の化合物半導体層11と反対側の面15a側が、Ni層からなる第2メッキ層17及びAu層からなる第3メッキ層18とされている点で、上記製造方法の一例によって得られる発光ダイオードAとは、メッキ層の構成が異なるものである。
本例のメッキ工程では、まず、図13(a)に示すように、シード層2上に分離用レジスト層22を上記同様の方法で形成する。この際、分離用レジスト層22を、例えば、高さ寸法が100〜250μm程度、幅が数十μm程度になるように形成する。
次に、図13(b)に示すように、シード層2上に、分離用レジスト層22よりも低い高さ寸法の第1メッキ層16を形成する。
次に、図13(c)に示すように、第1メッキ層16の上に第2メッキ層17及び第3メッキ層18を形成することにより、分離用レジスト層22によって一部が分断されてなるメッキ層15を形成する。この際、第2メッキ層17及び第3メッキ層18の厚さは、例えば、第2メッキ層17を5μmとし、第3メッキ層18を1μmとして形成する。
このような各メッキ層の形成処理は、上記製造方法の一例と同様、シード層2に電流を印加しつつ電気メッキ法で行うことができる。
本例では、メッキ層15を上記方法で形成することにより、図13(c)に示すような、分離用レジスト層22によって一部が分断されてなるメッキ層15となる。このメッキ層15は、後述の除去工程における分離用レジスト22の除去によって分断溝15b(図14参照)が形成され、この分断溝15bは、メッキ層15において残存する底部が無く、シード層2が底部となっている点で、図7(d)等に示す一例のメッキ層1とは異なる。
次に、本例のメッキ層分断工程では、図14に示すように、分離用レジスト層22を、上記製造方法の一例で説明した除去工程と同様に、溶解除去もしくはアッシング除去の何れかの方法を用いて除去する。この際、メッキ層15において分離用レジスト層22によって分断された部分には、分断溝15bが形成される。
そして、本例では、仮貼付工程において、メッキ層15に仮貼付基板24を、UV硬化レーザ剥離接着剤25を用いて貼り付ける(図15(a)を参照)。
次に、本例の除去工程では、まず、図15(a)及び図15(b)に示すように、上記製造方法の一例と同様の方法を用いて、基板21を複数の化合物半導体層11から剥離して、該複数の化合物半導体層11に備えられるn型半導体層8の光取出面11aを露出させる。
次に、図15(c)に示すように、分離溝12に沿う位置のドライフィルムレジスト層4を、上記同様、Oアッシング処理によって除去する。
次に、図15(d)に示すように、分離溝12に沿う位置のオーバーコート層3及びシード層2を、上記同様、リフトオフ等の方法を用いて除去する。
次に、本例では、絶縁膜形成工程、粗面化工程、電極形成工程については、上記した製造方法の一例と同様の方法を用いることができる。
また、本例では、上記製造方法の一例のような貼り替え工程及び分割工程が備えられていないが、本例においては、上述のようなメッキ層分断工程及び除去工程において、仮貼付基板24上のウェーハが素子単位に分割されているので、上記貼り替え工程及び分割工程が不要となる。
次に、本例のテープ貼付工程では、図16に示すように、まず、n型電極層9の各々にテープ26を貼り付ける。そして、上記同様の方法により、メッキ層15から仮貼付基板24を引き剥がして除去する。本例のテープ貼付工程は、テープ26を、n型電極層9に貼り付ける点で、上記製造方法の一例のテープ貼付工程とは異なる。
本例では、上記した各工程により、図16に示すような、複数の発光ダイオードBが得られる。
以上説明したように、本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、上記各工程が備えられた方法とすることにより、素子にダメージを与えることなく正確且つ容易に素子分割を行うことができる。従って、素子特性に優れた発光ダイオードA(B)を高効率で製造することが可能となる。
また、本発明の製造方法によって得られる発光ダイオードA(B)は、発光強度等の素子特性に非常に優れたものとなる。
また、本実施形態の発光ダイオードA(B)の製造方法によれば、化合物半導体層11にメッキ層1(15)を形成し、その後、基板21を除去することによって、n型電極層9及びメッキ層1によって化合物半導体層11が挟まれた所謂上下電極構造の発光ダイオードA(B)を形成することができる。このようにして得られた発光ダイオードA(B)は、Cuからなるメッキ層1(15)を備えるので、発光に伴って発生した熱を容易に放熱させることができる。
また、上記の発光ダイオードA(B)の製造方法によれば、オーバーコート層3及びシード層2を形成し、シード層2にメッキ層1を形成する方法とすることで、シード層2を介してメッキ層1を強固に接合させることができ、機械的強度に優れた発光ダイオードA(B)を製造できる。
[ランプ]
以上説明したような、本発明に係る発光ダイオードの製造方法によって得られる、図1に示すような上下電極型の発光ダイオードAと蛍光体とを組み合わせることにより、当業者周知の手段を用いてランプを構成することができる。従来から、発光素子と蛍光体と組み合わせることによって発光色を変える技術が知られており、本発明では、このような技術を何ら制限されることなく採用することが可能である。
例えば、蛍光体を適正に選定することにより、発光素子より長波長の発光を得ることも可能となり、また、発光素子自体の発光波長と蛍光体によって変換された波長とを混ぜることにより、白色発光を呈するランプとすることもできる。
また、ランプとしては、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。
例えば、図17に示す例のように、上下電極型の発光ダイオードAを砲弾型に実装する場合には、2本のフレームの内の一方(図17ではフレーム81)に発光ダイオードAを銀ペーストなどの導電性接着材で接着して発光ダイオードAのメッキ層1(図1に示す符号1参照)をフレーム81に接合し、発光ダイオードAのn型電極層9(図1に示す符号9参照)をワイヤー83でフレーム82に接合する。そして、透明な樹脂からなるモールド84で発光ダイオードAの周辺を封止することにより、図17に示すような砲弾型のランプ80を作製することができる。
上述のような本発明のランプ80は、本発明に係る発光ダイオードの製造方法によって得られる発光ダイオードA(B)が用いられてなるものなので、発光特性等に優れたものとなる。
本発明に係る発光ダイオードの一例を示す断面模式図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の他の例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の他の例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の他の例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードの製造方法の他の例を説明する工程図である。 本発明に係る発光ダイオードを用いて構成したランプの一例を示す断面模式図である。
符号の説明
1、15…メッキ層、1a…反対側の面(メッキ層)、1c…側面(メッキ層)、16…第1メッキ層(メッキ層)、17…第2メッキ層(メッキ層)、18…第3メッキ層(メッキ層)、1b、15b…分断溝、2…シード層、3…オーバーコート層、4…ドライフィルムレジスト層、5…反射性p型電極層、6…p型半導体層、7…発光層、8…n型半導体層、9…n型電極層、10…絶縁膜、11…化合物半導体層、11a…光取出面、11b…側面(化合物半導体層の周囲面)、11c…反対側の面(化合物半導体層)、12…分離溝、21…基板、22…分離用レジスト層、24…仮貼付基板、25…UV硬化レーザ剥離接着剤、26…テープ、A、B…発光ダイオード、C…凹部

Claims (11)

  1. 複数の化合物半導体層の上に、該複数の化合物半導体層に備えられる基板と反対側の面の少なくとも一部を露出させながら、前記複数の化合物半導体層の各々の間の分離溝を塞ぐようにドライフィルムレジスト層を形成するレジスト形成工程と、
    前記複数の化合物半導体層及び前記ドライフィルムレジスト層の上に形成され、内部に分離用レジスト層を包含するメッキ層上に仮貼付基板を貼り付ける仮貼付工程と、
    前記基板を前記複数の化合物半導体層から剥離するとともに、前記ドライフィルムレジスト層の少なくとも一部を前記複数の化合物半導体層上に残しながら、前記分離溝に沿う位置の前記ドライフィルムレジスト層を除去し、さらに、前記分離用レジスト層を除去して前記メッキ層の内部に分断溝を形成する除去工程と、
    前記メッキ層の、前記複数の化合物半導体層と反対側の面を研磨することにより、前記分断溝に沿って前記メッキ層を切断する分割工程と、
    を具備してなることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
  2. 複数の化合物半導体層の上に、該複数の化合物半導体層に備えられる基板と反対側の面の少なくとも一部を露出させながら、前記複数の化合物半導体層の各々の間の分離溝を塞ぐようにドライフィルムレジスト層を形成するレジスト形成工程と、
    前記ドライフィルムレジスト層上に分離用レジスト層を形成するとともに、該分離用レジスト層よりも低い高さ寸法の第1メッキ層を形成した後、さらに、該第1メッキ層上に、前記分離用レジスト層よりも低い高さ寸法の第2メッキ層及び第3メッキ層を形成することにより、前記分離用レジスト層によって一部が分断されてなるメッキ層を形成するメッキ工程と、
    前記分離用レジスト層を除去し、前記メッキ層の内部に分断溝を形成することにより、前記メッキ層を前記複数の化合物半導体層に対応するように分断するメッキ層分断工程と、
    前記メッキ層分断工程において分離された各々のメッキ層に仮貼付基板を貼り付ける仮貼付工程と、
    前記基板を前記複数の化合物半導体層から剥離するとともに、前記ドライフィルムレジスト層の少なくとも一部を前記複数の化合物半導体層上に残しながら、前記分離溝に沿う位置の前記ドライフィルムレジスト層を除去する除去工程と、
    を具備してなることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
  3. 前記レジスト形成工程は、さらに、前記複数の化合物半導体層及び前記ドライフィルムレジスト層の上に、オーバーコート層及びシード層をこの順で形成し、該シード層上に前記メッキ層が形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光ダイオードの製造方法。
  4. 前記複数の化合物半導体層は、前記基板上に、n型半導体層、発光層、p型半導体層を順次積層した後、前記分離溝を形成し、さらに反射性p型電極層を積層する積層工程によって形成されることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の発光ダイオードの製造方法。
  5. 前記レジスト形成工程は、前記オーバーコート層を、前記複数の化合物半導体層及び前記ドライフィルムレジスト層の上に、Ni、NiCr、Ti、TiW、Cr、Ta及びWの内の少なくとも1種を積層することによって形成するとともに、前記シード層を、前記オーバーコート層の上にCuを積層することによって形成することを特徴とする請求項3に記載の発光ダイオードの製造方法。
  6. 前記除去工程は、前記分離溝に沿う位置の前記ドライフィルムレジスト層を、アッシング処理によって除去することを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の発光ダイオードの製造方法。
  7. 前記除去工程を行なった後、少なくとも前記複数の化合物半導体層の周囲面に、保護用の絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を設けることを特徴とする請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の発光ダイオードの製造方法。
  8. 前記絶縁膜形成工程を行なった後、前記n型半導体層の光取出面を粗面化する粗面化工程を設けることを特徴とする請求項7に記載の発光ダイオードの製造方法。
  9. 請求項1〜請求項8の何れか1項に記載の製造方法で得られる発光ダイオード。
  10. メッキ層上に、少なくとも反射性p型電極層、p型半導体層、発光層及びn型半導体層が順次積層されてなる化合物半導体層が形成されてなる発光ダイオードであって、
    前記メッキ層及び前記化合物半導体層の各々の側面には、該メッキ層と化合物半導体層との境界近傍において、前記各々の側面が括れるように形成された凹部が設けられ、該凹部内に設けられるドライフィルムレジスト層が、前記メッキ層及び化合物半導体層の外周において連なるように形成されてなることを特徴とする発光ダイオード。
  11. 請求項9又は請求項10に記載の発光ダイオードが用いられてなるランプ。
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